李端林，盧徐節(jié)

（1.中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司武漢分院，湖北 武漢 430056；2.江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056）

0 引言

紡織工業(yè)是我國傳統(tǒng)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其中印染業(yè)在紡織產(chǎn)業(yè)中占了較大的比重。印染行業(yè)所產(chǎn)生的印染廢水排放量約占工業(yè)廢水總排放量的1/10，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年約有7.2×108m3印染廢水排入水域環(huán)境［1］，是當(dāng)前主要水體污染源之一。

印染廢水中含有纖維原料夾帶物，以及加工過程中使用的漿料、油劑、染料和化學(xué)助劑等，具有生化需氧量高、色度深、堿性大、難生物降解、多變化的特點(diǎn)［2］。廢水中的染料成分，即使?jié)舛鹊?，排入水體中也會造成水體透光率和水體溶解氧降低，影響水中各種生物的生長，從而破壞水體純度和水生生物食物鏈，最終將導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞。因此，研究和開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效的印染廢水處理方法成為水污染控制工程研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

固定化微生物技術(shù)是將微生物固定在載體上，使其高密度并保持其生物活性功能，在適宜的條件下還可以增殖以滿足應(yīng)用之需的生物技術(shù)［3-4］。該技術(shù)應(yīng)用于廢水處理工藝，具有生物濃度易控制、耐毒能力強(qiáng)、菌種流失少、運(yùn)行設(shè)備小等特點(diǎn)，有利于提高生物反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度和反應(yīng)后的固液分離，縮短處理所需的時間。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 固定化小球的制備

實(shí)驗(yàn)采用交聯(lián)固定化的方法制備小球。將一定量的海藻酸鈉溶解，與馴化后活性污泥混合，攪拌均勻并用注射器滴入7.5%的CaCl2溶液中交聯(lián)固定化30 min，制備固定化小球，取出用0.85% 的 NaCl溶液沖洗干凈待用［5-6］。

1.2 反應(yīng)裝置

實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器的材料選用無機(jī)玻璃，直徑20 cm，高50 cm。其反應(yīng)器裝置如圖1所示。

圖1 反應(yīng)器裝置圖

1.3 分析方法

COD的測定采用重鉻酸鉀-分光光度法，色度的測量采用稀釋倍數(shù)法［7］。本實(shí)驗(yàn)以活性艷紅X-3B染料制備的模擬印染廢水為研究對象，染料波長為535 nm。測定模擬印染廢水處理前后在波長535 nm處的吸光度，處理前的吸光度為A1，處理后的吸光度為 A2，則染料的脫色率［8］

2 結(jié)果與討論

2.1 海藻酸鈉濃度對小球成形的影響

不同的實(shí)驗(yàn)配方對小球的成形有很大的影響，本實(shí)驗(yàn)中影響小球成形效果的最大因素是水中海藻酸鈉的濃度。海藻酸鈉粉末遇水變濕，微粒的水合作用使其表面具有黏性。

實(shí)驗(yàn)中控制活性污泥含量一定，選取幾種不同濃度的海藻酸鈉討論其對小球成形效果的影響（見表1）。

表1 海藻酸鈉濃度對小球成形效果的影響

從表1可知，當(dāng)海藻酸鈉濃度較低時，小球難以成形，漂浮且易裂開；當(dāng)海藻酸鈉濃度過高時，小球拖尾現(xiàn)象比較嚴(yán)重。本實(shí)驗(yàn)中采用3.5%的海藻酸鈉制備固定化小球，其成形效果較好。

實(shí)際印染廢水成分具有復(fù)雜性、多樣性和水質(zhì)不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，所以保持固定化小球的強(qiáng)度是固定化微生物處理廢水的關(guān)鍵。通過測定固定化小球的強(qiáng)度，可以間接地反映固定化小球承受水壓的情況和固定化小球的穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)選擇海藻酸鈉濃度分別是1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%，對6種不同濃度下制備的固定化小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海藻酸鈉的濃度對固定化小球的強(qiáng)度具有一定的影響。由圖2可知，小球強(qiáng)度隨海藻酸鈉濃度的增大而增強(qiáng)。

圖2 海藻酸鈉濃度對固定化小球強(qiáng)度的影響

2.2 廢水pH值對處理效果的影響

實(shí)驗(yàn)采用人工模擬印染廢水，進(jìn)水COD濃度500 mg/L、色度2500倍，同時通過調(diào)節(jié)印染廢水的進(jìn)水pH值為5、6、7、8、9、10，在不同pH值條件下進(jìn)行印染廢水處理。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行24 h后，分別測定出水COD和色度去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 pH值對印染廢水處理效果的影響

由圖3可知，當(dāng)pH值小于7時，COD和色度去除率隨著pH值的升高而增大；當(dāng)pH值等于7時，COD和色度去除率均達(dá)到最大值；當(dāng)pH值大于7時，COD和色度去除率隨著pH值的升高而降低。固定化微生物技術(shù)對印染廢水處理的最佳pH條件為7，此時COD和色度去除率分別為84.96%和75.20%。

2.3 進(jìn)水濃度對處理效果的影響

實(shí)驗(yàn)采用人工模擬印染廢水，進(jìn)水的色度2500倍，pH值為7，進(jìn)行不同進(jìn)水COD條件下的固定化微生物技術(shù)處理，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行24 h后，分別測定出水COD和色度去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 進(jìn)水濃度對印染廢水處理效果的影響

由圖4可知，在不同的進(jìn)水條件下固定化微生物技術(shù)COD和色度去除率都隨著進(jìn)水濃度的增大而降低，印染廢水COD和色度去除率最高時的進(jìn)水濃度為300 mg/L，此時COD去除率和色度去除率分別為94.96%和78.90%。

2.4 停留時間對處理效果的影響

實(shí)驗(yàn)采用人工模擬印染廢水，進(jìn)水色度2500倍，pH值為7，考察停留時間（HRT）對印染廢水處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)運(yùn)行2、4、8、16、24、32、48 h后，分別測定出水COD和色度去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 停留時間對印染廢水處理效果的影響

由圖5可知，當(dāng)停留時間小于16 h時，COD和色度去除率隨停留時間的增加而升高；當(dāng)停留時間等于16 h時，COD和色度去除率達(dá)到最高；當(dāng)停留時間大于16 h時，COD和色度去除率隨著停留時間的增加而降低。固定化微生物技術(shù)對印染廢水的處理最佳停留時間為16 h，此時COD和色度去除率分別為86.96%和78.10%。

3 結(jié)論

本文通過交聯(lián)法制備的固定化小球?qū)τ∪緩U水進(jìn)行處理。通過實(shí)驗(yàn)研究得出以下結(jié)論：

1）固定化小球在制備過程中，需要添加適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣砀纳菩∏虻某尚涡Ч?。?shí)驗(yàn)中添加海藻酸鈉的含量為3.5%時，固定化小球的成形效果最好。

2）通過對小球的物理性能進(jìn)行測試研究，固定化小球的強(qiáng)度隨海藻酸鈉濃度的增大而增大。

3）固定化微生物技術(shù)對印染廢水處理的最佳實(shí)驗(yàn)條件為：pH值7，進(jìn)水濃度300 mg/L，停留時間16 h，此時對COD的去除率達(dá)90%以上，對色度的去除率達(dá)70%以上，出水水質(zhì)達(dá)到《紡織染整工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4287-92）II級標(biāo)準(zhǔn)。

［1］鄒家慶.工業(yè)廢水處理技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［2］王俊峰，趙英武，毛燕芳.我國印染廢水處理概況及研究進(jìn)展［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012（4）：30-33.

［3］戴昕.微生物固定化技術(shù)的研究及其在生物脫氮方面的應(yīng)用［D］.南京：南京理工大學(xué)，2007：17-25.

［4］李亞峰，姚敬博，郝瀅，等.投加聚氨酯泡沫微生物固定化載體的SBBR脫氮除磷實(shí)驗(yàn)研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011，5（1）：38-42.

［5］Dong Y M，Zhang Z J，Jin Y W，et al.Nitrification performance of nitrifying bacteria immobilized in waterborne polyurethane at low ammonia nitrogen concentrations［J］.Journal of Environmental Sciences，2011，23（3）：366-371.

［6］Karthikeyan S，Titus A，Gnanamani A，et al.Treatment of textile wastewater by homogeneous and heterogeneous Fenton oxidation processes［J］.Desalination，2011，281：438-445.

［7］國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.4版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002：210-213.

［8］李浩然，馮雅麗，歐陽藩，等.深海錳結(jié)核作生物固定化載體處理染料廢水［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24（1）：11-14.